詳解JAVA 函數(shù)式編程

更新時(shí)間：2020年07月14日 10:09:54 作者：奇奇鋒

這篇文章主要介紹了JAVA 函數(shù)式編程的相關(guān)資料，文中講解非常細(xì)致，代碼幫助大家更好的理解和學(xué)習(xí)，感興趣的朋友可以了解下

1.函數(shù)式接口

1.1概念：

java中有且只有一個(gè)抽象方法的接口。

1.2格式：

修飾符 interface 接口名稱 { 
public abstract 返回值類型 方法名稱(可選參數(shù)信息); 
// 其他非抽象方法內(nèi)容
 }

//或者

public interface MyFunctionalInterface { 
void myMethod();
 }

1.3@FunctionalInterface注解：

與 @Override 注解的作用類似，Java 8中專門為函數(shù)式接口引入了一個(gè)新的注解： @FunctionalInterface 。該注
解可用于一個(gè)接口的定義上：

@FunctionalInterface 
public interface MyFunctionalInterface { 
void myMethod(); 
}

一旦使用該注解來(lái)定義接口，編譯器將會(huì)強(qiáng)制檢查該接口是否確實(shí)有且僅有一個(gè)抽象方法，否則將會(huì)報(bào)錯(cuò)。需要注意的是，即使不使用該注解，只要滿足函數(shù)式接口的定義，這仍然是一個(gè)函數(shù)式接口，使用起來(lái)都一樣。

1.4自定義函數(shù)式接口

public class Demo09FunctionalInterface { 
// 使用自定義的函數(shù)式接口作為方法參數(shù) 
private static void doSomething(MyFunctionalInterface inter) { inter.myMethod(); // 調(diào)用自定義的函數(shù)式接口方法
}
public static void main(String[] args) { 
// 調(diào)用使用函數(shù)式接口的方法 doSomething(() ‐> System.out.println("Lambda執(zhí)行啦！")); 
} }

2.函數(shù)式編程

2.1 Lambda的延遲執(zhí)行

有些場(chǎng)景的代碼執(zhí)行后，結(jié)果不一定會(huì)被使用，從而造成性能浪費(fèi)。而Lambda表達(dá)式是延遲執(zhí)行的，這正好可以作為解決方案，提升性能。

性能浪費(fèi)的日志案例

注:日志可以幫助我們快速的定位問(wèn)題，記錄程序運(yùn)行過(guò)程中的情況，以便項(xiàng)目的監(jiān)控和優(yōu)化。
一種典型的場(chǎng)景就是對(duì)參數(shù)進(jìn)行有條件使用，例如對(duì)日志消息進(jìn)行拼接后，在滿足條件的情況下進(jìn)行打印輸出：

public class Demo01Logger {
    private static void log(int level, String msg) {
      if (level == 1) {
        System.out.println(msg);
      }
    }

    public static void main(String[] args) {
      String msgA = "Hello";
      String msgB = "World";
      String msgC = "Java";
      log(1, msgA + msgB + msgC);
    }
  }

這段代碼存在問(wèn)題：無(wú)論級(jí)別是否滿足要求，作為 log 方法的第二個(gè)參數(shù)，三個(gè)字符串一定會(huì)首先被拼接并傳入方法內(nèi)，然后才會(huì)進(jìn)行級(jí)別判斷。如果級(jí)別不符合要求，那么字符串的拼接操作就白做了，存在性能浪費(fèi)。

備注：

SLF4J是應(yīng)用非常廣泛的日志框架，它在記錄日志時(shí)為了解決這種性能浪費(fèi)的問(wèn)題，并不推薦首先進(jìn)行字符串的拼接，而是將字符串的若干部分作為可變參數(shù)傳入方法中，僅在日志級(jí)別滿足要求的情況下才會(huì)進(jìn)行字符串拼接。

例如： LOGGER.debug("變量{}的取值為{}。", "os", "macOS") ，其中的大括號(hào) {} 為占位符。
如果滿足日志級(jí)別要求，則會(huì)將“os”和“macOS”兩個(gè)字符串依次拼接到大括號(hào)的位置；否則不會(huì)進(jìn)行字符串拼接。這也是一種可行解決方案，但Lambda可以做到更好。

體驗(yàn)Lambda的更優(yōu)寫法

使用Lambda必然需要一個(gè)函數(shù)式接口：

  @FunctionalInterface
  public interface MessageBuilder {
    String buildMessage();
  }

public class Demo02LoggerLambda {
    private static void log(int level, MessageBuilder builder) {
      if (level == 1) {
        System.out.println(builder.buildMessage());
      }
    }
    public static void main(String[] args) {
      String msgA = "Hello";
      String msgB = "World";
      String msgC = "Java";
      log(1, () ‐ > msgA + msgB + msgC );
    }
  }

這樣一來(lái)，只有當(dāng)級(jí)別滿足要求的時(shí)候，才會(huì)進(jìn)行三個(gè)字符串的拼接；否則三個(gè)字符串將不會(huì)進(jìn)行拼接。

證明Lambda的延遲

下面的代碼可以通過(guò)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證

public class Demo03LoggerDelay {
    private static void log(int level, MessageBuilder builder) {
      if (level == 1) {
        System.out.println(builder.buildMessage());
      }
    }

    public static void main(String[] args) {
      String msgA = "Hello";
      String msgB = "World";
      String msgC = "Java";
      log(2, () ‐ > {System.out.println("Lambda執(zhí)行！"); return msgA + msgB + msgC; });
    }
  }

從結(jié)果中可以看出，在不符合級(jí)別要求的情況下，Lambda將不會(huì)執(zhí)行。從而達(dá)到節(jié)省性能的效果。
擴(kuò)展：實(shí)際上使用內(nèi)部類也可以達(dá)到同樣的效果，只是將代碼操作延遲到了另外一個(gè)對(duì)象當(dāng)中通過(guò)調(diào)用方法
來(lái)完成。而是否調(diào)用其所在方法是在條件判斷之后才執(zhí)行的。

2.2 使用Lambda作為參數(shù)和返回值

如果拋開實(shí)現(xiàn)原理不說(shuō)，Java中的Lambda表達(dá)式可以被當(dāng)作是匿名內(nèi)部類的替代品。如果方法的參數(shù)是一個(gè)函數(shù)式接口類型，那么就可以使用Lambda表達(dá)式進(jìn)行替代。使用Lambda表達(dá)式作為方法參數(shù)，其實(shí)就是使用函數(shù)式接口作為方法參數(shù)。

例如 java.lang.Runnable 接口就是一個(gè)函數(shù)式接口，假設(shè)有一個(gè) startThread 方法使用該接口作為參數(shù)，那么就可以使Lambda進(jìn)行傳參。這種情況其實(shí)和 Thread 類的構(gòu)造方法參數(shù)為 Runnable 沒有本質(zhì)區(qū)別。

public class Demo04Runnable {
    private static void startThread(Runnable task) {
      new Thread(task).start();
    }

    public static void main(String[] args) {
      startThread(() ‐ > System.out.println("線程任務(wù)執(zhí)行！"));
    }
  }

類似地，如果一個(gè)方法的返回值類型是一個(gè)函數(shù)式接口，那么就可以直接返回一個(gè)Lambda表達(dá)式。當(dāng)需要通過(guò)一個(gè)方法來(lái)獲取一個(gè) java.util.Comparator 接口類型的對(duì)象作為排序器時(shí),就可以調(diào)該方法獲取。

import java.util.Arrays;
  import java.util.Comparator;

  public class Demo06Comparator {
    private static Comparator<String> newComparator() {
      return (a,b) ‐>b.length() ‐a.length();
    }

    public static void main(String[] args) {
      String[] array = {"abc", "ab", "abcd"};
      System.out.println(Arrays.toString(array));
      Arrays.sort(array, newComparator());
      System.out.println(Arrays.toString(array));
    }
  }

其中直接return一個(gè)Lambda表達(dá)式即可。

3.常用函數(shù)式接口

JDK提供了大量常用的函數(shù)式接口以豐富Lambda的典型使用場(chǎng)景，它們主要在 java.util.function 包中被提供。

下面是最簡(jiǎn)單的幾個(gè)接口及使用示例。

3.1 Supplier接口（求數(shù)組元素最大值）

java.util.function.Supplier<T> 接口僅包含一個(gè)無(wú)參的方法： T get() 。用來(lái)獲取一個(gè)泛型參數(shù)指定類型的對(duì)象數(shù)據(jù)。由于這是一個(gè)函數(shù)式接口，這也就意味著對(duì)應(yīng)的Lambda表達(dá)式需要“對(duì)外提供”一個(gè)符合泛型類型的對(duì)象數(shù)據(jù)。

求數(shù)組元素最大值

使用 Supplier 接口作為方法參數(shù)類型，通過(guò)Lambda表達(dá)式求出int數(shù)組中的最大值。提示：接口的泛型請(qǐng)使用java.lang.Integer 類。

public class Demo02Test {
    //定一個(gè)方法,方法的參數(shù)傳遞Supplier,泛型使用Integer 
    public static int getMax(Supplier<Integer> sup) {
      return sup.get();
    }

    public static void main(String[] args) {
      int arr[] = {2, 3, 4, 52, 333, 23}; //調(diào)用getMax方法,參數(shù)傳遞Lambda 
      int maxNum = getMax(()‐ > {
      //計(jì)算數(shù)組的最大值 
      int max = arr[0];
      for (int i : arr) {
        if (i > max) {
          max = i;
        }
      }
      return max; });
      System.out.println(maxNum);
    }
  }

3.2 Consumer接口

java.util.function.Consumer<T> 接口則正好與Supplier接口相反，它不是生產(chǎn)一個(gè)數(shù)據(jù)，而是消費(fèi)一個(gè)數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)類型由泛型決定。

抽象方法：accept

Consumer 接

import java.util.function.Consumer;

  public class Demo09Consumer {
    private static void consumeString(Consumer<String> function) {
      function.accept("Hello");
    }

    public static void main(String[] args) {
      consumeString(s ‐ > System.out.println(s));
    }
  }

默認(rèn)方法：andThen

如果一個(gè)方法的參數(shù)和返回值全都是 Consumer 類型，那么就可以實(shí)現(xiàn)效果：消費(fèi)數(shù)據(jù)的時(shí)候，首先做一個(gè)操作，然后再做一個(gè)操作，實(shí)現(xiàn)組合。而這個(gè)方法就是 Consumer 接口中的default方法 andThen 。下面是JDK的源代碼：口中包含抽象方法 void accept(T t) ，意為消費(fèi)一個(gè)指定泛型的數(shù)據(jù)。基本使用如：

格式化打印信息

下面的字符串?dāng)?shù)組當(dāng)中存有多條信息，請(qǐng)按照格式“ 姓名：XX。性別：XX。 ”的格式將信息打印出來(lái)。要求將打印姓名的動(dòng)作作為第一個(gè) Consumer 接口的Lambda實(shí)例，將打印性別的動(dòng)作作為第二個(gè) Consumer 接口的Lambda實(shí)例，將兩Consumer 接口按照順序“拼接”到一起。

import java.util.function.Consumer;

  public class DemoConsumer {
    public static void main(String[] args) {
      String[] array = {"迪麗熱巴,女", "古力娜扎,女", "馬爾扎哈,男"};
      printInfo(s ‐ > System.out.print("姓名：" + s.split(",")[0]), s ‐>
      System.out.println("。性別：" + s.split(",")[1] + "。"), array);
    }

    private static void printInfo(Consumer<String> one, Consumer<String> two, String[] array) {
      for (String info : array) {
        one.andThen(two).accept(info); // 姓名：迪麗熱巴。性別：女。
      }
    }
  }

3.3 Predicate接口

有時(shí)候我們需要對(duì)某種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，從而得到一個(gè)boolean值結(jié)果。這時(shí)可以使用java.util.function.Predicate<T> 接口。

抽象方法：test

Predicate 接口中包含一個(gè)抽象方法： boolean test(T t) 。用于條件判斷的場(chǎng)景：

import java.util.function.Predicate;

  public class Demo15PredicateTest {
    private static void method(Predicate<String> predicate) {
      boolean veryLong = predicate.test("HelloWorld");
      System.out.println("字符串很長(zhǎng)嗎：" + veryLong);
    }

    public static void main(String[] args) {
      method(s ‐ > s.length() > 5);
    }
  }

默認(rèn)方法：and

既然是條件判斷，就會(huì)存在與、或、非三種常見的邏輯關(guān)系。其中將兩個(gè) Predicate 條件使用“與”邏輯連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)“并且”的效果時(shí)，可以使用default方法 and 。其JDK源碼為

import java.util.function.Predicate;

  public class Demo16PredicateAnd {
    private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two) {
      boolean isValid = one.and(two).test("Helloworld");
      System.out.println("字符串符合要求嗎：" + isValid);
    }

    public static void main(String[] args) {
      method(s ‐ > s.contains("H"), s ‐>s.contains("W"));
    }
  }

默認(rèn)方法：or

與 and 的“與”類似，默認(rèn)方法 or 實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系中的“或”。JDK源碼為：

import java.util.function.Predicate;

  public class Demo16PredicateAnd {
    private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two) {
      boolean isValid = one.or(two).test("Helloworld");
      System.out.println("字符串符合要求嗎：" + isValid);
    }

    public static void main(String[] args) {
      method(s ‐ > s.contains("H"), s ‐>s.contains("W"));
    }
  }

默認(rèn)方法：negate

“與”、“或”已經(jīng)了解了，剩下的“非”（取反）也會(huì)簡(jiǎn)單。默認(rèn)方法 negate 的JDK源代碼為：從實(shí)現(xiàn)中很容易看出，它是執(zhí)行了test方法之后，對(duì)結(jié)果boolean值進(jìn)行“!”取反而已。一定要在 test 方法調(diào)用之前調(diào)用 negate 方法，正如 and 和 or 方法一樣：

import java.util.function.Predicate;

  public class Demo17PredicateNegate {
    private static void method(Predicate<String> predicate) {
      boolean veryLong = predicate.negate().test("HelloWorld");
      System.out.println("字符串很長(zhǎng)嗎：" + veryLong);
    }

    public static void main(String[] args) {
      method(s ‐ > s.length() < 5);
    }
  }

信息篩選

數(shù)組當(dāng)中有多條“姓名+性別”的信息如下，請(qǐng)通過(guò) Predicate 接口的拼裝將符合要求的字符串篩選到集合ArrayList 中，需要同時(shí)滿足兩個(gè)條件：

1. 必須為女生；

2. 姓名為4個(gè)字。

import java.util.ArrayList; import java.util.List; import java.util.function.Predicate;

  public class DemoPredicate {
    public static void main(String[] args) {
      String[] array = {"迪麗熱巴,女", "古力娜扎,女", "馬爾扎哈,男", "趙麗穎,女"};
      List<String> list = filter(array, s ‐ > "女".equals(s.split(",")[1]), s ‐>s.split(",")[0].length() == 4);
      System.out.println(list);
    }

    private static List<String> filter(String[] array, Predicate<String> one, Predicate<String> two) {
      List<String> list = new ArrayList<>();
      for (String info : array) {
        if (one.and(two).test(info)) {
          list.add(info);
        }
      }
      return list;
    }
  }

3.4 Function接口

java.util.function.Function<T,R> 接口用來(lái)根據(jù)一個(gè)類型的數(shù)據(jù)得到另一個(gè)類型的數(shù)據(jù)，前者稱為前置條件，后者稱為后置條件。

抽象方法：apply

Function 接口中最主要的抽象方法為： R apply(T t) ，根據(jù)類型T的參數(shù)獲取類型R的結(jié)果。使用的場(chǎng)景例如：將 String 類型轉(zhuǎn)換為 Integer 類型。

import java.util.function.Function;

  public class Demo11FunctionApply {
    private static void method(Function<String, Integer> function) {
      int num = function.apply("10");
      System.out.println(num + 20);
    }

    public static void main(String[] args) {
      method(s ‐ > Integer.parseInt(s));
    }
  }

默認(rèn)方法：andThen

Function 接口中有一個(gè)默認(rèn)的 andThen 方法，用來(lái)進(jìn)行組合操作。

練習(xí)：自定義函數(shù)模型拼接

題目
請(qǐng)使用 Function 進(jìn)行函數(shù)模型的拼接，按照順序需要執(zhí)行的多個(gè)函數(shù)操作為：

String str = "趙麗穎,20";

1. 將字符串截取數(shù)字年齡部分，得到字符串；
2. 將上一步的字符串轉(zhuǎn)換成為int類型的數(shù)字；
3. 將上一步的int數(shù)字累加100，得到結(jié)果int數(shù)字。

import java.util.function.Function;

  public class DemoFunction {
    public static void main(String[] args) {
      String str = "趙麗穎,20";
      int age = getAgeNum(str, s ‐ > s.split(",")[1], s ‐>Integer.parseInt(s), n ‐>n += 100);
      System.out.println(age);
    }

    private static int getAgeNum(String str, Function<String, String> one, Function<String, Integer> two, Function<Integer, Integer> three) {
      return one.andThen(two).andThen(three).apply(str);
    }
  }

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